一種自扶正式井下牽引裝置製造方法
2023-05-26 00:24:16
一種自扶正式井下牽引裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種自扶正式井下牽引裝置。其特點主要包括：主動單元、斜齒輪傳動機構、鏈輪傳動機構、驅動單元、支撐調節機構。所述的主動單元輸出的動力和扭矩經斜齒輪傳動機構分配到三組夾角為120°的鏈輪傳動機構，帶動三組驅動單元上的驅動輪旋轉，實現牽引裝置的自扶正穩定驅動。本發明能夠雙向牽引與之匹配的井下儀器；通過三組夾角為120°驅動單元和支撐調節機構實現牽引裝置在井下自扶正穩定驅動，適應井眼內的複雜情況。該牽引裝置的斜齒輪傳動機構嚙合性好、重合度大、傳動穩定，且可以通過兩組串聯的形式實現井下雙驅雙控，能提高牽引裝置在井下驅動的穩定性、越障能力和承載能力。
【專利說明】一種自扶正式井下牽引裝置
【技術領域】
[0001] 本發明屬於油氣開發領域，具體涉及一種自扶正式井下牽引裝置。
【背景技術】
[0002] 20世紀90年代以來，水平井、大位移井、多底井鑽井技術得到了迅猛的發展，在石 油勘探開發過程中扮演著越來越重要的角色。但是隨著井眼條件越來越複雜、井斜角的增 大、水平段長度的增長，井下儀器的下入變得越來越困難，難以靠自身重力下到井底。井下 儀器方便快捷的下入和取出已經成為水平井開發的重要保障。傳統的井下儀器下入方式有 以下幾種：鑽杆技術、泵入剛性鋌杆技術，連續管輸送等，這些方法工程量大，耗時長，地面 設施複雜。而且經常的起下管柱對套管的磨損非常嚴重，可能損壞精密的儀器和電纜。研 發操作簡單，方便快捷的井下送入工具越來越收到人們的重視。
[0003] 同時，水平井電纜牽引器從設計逐步走向實踐，並逐步發展起來。輪式牽引器依靠 驅動輪與井壁的靜摩擦力來克服電纜滑動的阻力，從而將儀器推送到水平目的段。這種水 平井電纜牽引器能滿足測井、修井、射孔等多種井下作業的要求，並得到廣泛的應用。
[0004] 水平井井下牽引器又秤井下爬行器、牽引機器人等，是一種能井下提供牽引力的 井下工具；按其運動原理可分為滾輪爬行式、履帶爬行式和伸縮滑動式三種，其中輪式出現 最早。而牽引裝置是井下牽引器在井底獲得牽引力的直接動力源，也是牽引器的最關鍵、核 心的部分。國外有許多公司相繼開發了能夠在井下獨立作業的水平井牽引裝置（即：電纜 牽引器）。代表性產品主要包括：Statoil、Maritime Well Service (MWS)與丹麥Welltec 公司研製的一種實用的水平井電纜牽引器，英國SmarTract公司設計的一種伸縮式的牽引 器，英國Sondex公司開發的井下輪式電纜牽引器等。
[0005] 在國外嚴格的技術保密措施下，國內有部分高校和科研單位展開了對電纜牽引器 的設計研究工作，包括：1992年石油勘探開發科學研究院鑽井工藝研究所研究設計的爬行 器（專利申請號為91103581. 8) ;2007年中國石油大學（華東）的高進偉等人研製出了水 平井牽引機器人的樣機（專利申請號20052008070. 8 :-種輪式自適應管道爬行器）；2008 年，長城鑽探測井公司研製了水平井電纜牽引器（專利申請號200720190260. 5 :套管水平 井測井牽引器變徑牽引裝置）；哈爾濱工業大學的唐德威等人研製的差動式管道爬行器牽 引器（專利申請號200710193562. 2);中國石油大學（北京）的高德利等人設計的井下可 差速電纜牽引裝置（專利申請號201120116126. 7)等。由於國內對於井下牽引器的研究還 處於起步階段，所以上述的牽引器，大部分都仍處於研究試驗和不斷改進的階段，或多或少 存在一些缺點，不能較好的滿足井下作業的要求。缺點主要表現在：牽引器的結構緊湊，夕卜 經尺寸大，井徑適應能力和範圍有限，不能適應井徑複雜變化的井眼；依靠電纜或鋼絲繩連 接的雙輪式電驅動，牽引力較小，在井下驅動的穩定性和越障能力不佳。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在於提供一種自扶正式井下牽引裝置，通過三組夾角為120°驅動 單元和支撐調節機構，實現牽引裝置在井下三軸輪式自扶正穩定驅動，適應井眼內的複雜 情況，提高牽引裝置在井下驅動的穩定性和承載能力；通過牽引裝置的兩組串聯形式實現 雙驅雙控，提高井下越障能力。
[0007] 為了達到上述目的，本發明採用如下的技術方案：
[0008] -種自扶正式井下牽引裝置包括主動單元1、斜齒輪傳動機構2、鏈輪傳動機構3、 驅動單元4、支撐調節機構5。
[0009] 主動單元1包括驅動電機密封腔、驅動電機、主動軸、主動軸支撐軸承；驅動電機 密封腔為圓筒形，內部空腔安裝驅動電機，與連接筒通過螺栓連接；主動軸為細長圓軸，分 別與主要是將驅動電機輸出的扭矩和動力傳送給斜齒輪傳動機構，主動軸支撐軸承由一組 角接觸球軸承組成，起支撐和穩定主動軸的作用；主動單元1是該發明的驅動動力源，可根 據地面的指令，控制電極的轉速，轉動方向等實現該牽引裝置的前進、後退和停止。
[0010] 斜齒輪傳動機構2包括主動斜齒輪、從動斜齒輪、齒輪支撐軸；主動斜齒輪安裝在 主動軸上，隨主動軸旋轉並傳動三個夾角為120°的從動斜齒輪，將動力和扭矩合理的分配 到三個從動斜齒輪，三個從動斜齒輪分別與主傳動鏈輪連接，並通過齒輪支撐軸裝配在連 接筒上；斜齒輪傳動機構2起傳動、動力換向以及扶正牽引裝置的作用，是實現該發明在井 下三軸輪式自扶正穩定驅動的關鍵機構。
[0011] 鏈輪傳動機構3包括主傳動鏈輪3、從動鏈輪、滾柱鏈條；三個主傳動鏈輪分別與 從動斜齒輪連接，裝配齒輪支撐軸上，從動鏈輪與驅動輪連接；主傳動鏈輪將動力通過滾柱 鏈條傳遞給從動鏈輪，驅使驅動輪旋轉，鏈輪傳動機構3同樣起傳動、動力換向的作用。
[0012] 驅動單元4包括驅動臂、驅動輪、驅動輪支撐軸；驅動臂一端與齒輪支撐軸連接， 另一端通過連接銷與支撐臂連接；驅動輪為圓形滾輪，與從動鏈輪連接，通過驅動輪支撐軸 安裝在驅動臂上；三組驅動單元4的夾角為120°，是該井下牽引裝置的直接驅動元件，其 驅動形式為：主動軸一主動斜齒輪一從動斜齒輪一主動鏈輪一從動鏈輪一驅動輪，並且通 過支撐調節結構5控制驅動單元4的張開與閉合。
[0013] 支撐調節機構5包括支撐調節結構外筒單元、推靠電極、聯軸器、滾珠絲槓、絲槓 螺母、頂杆、推靠接頭、推靠彈簧、連接筒、滑動推桿、限位滑塊、連接螺釘、滑塊連接銷、支撐 臂、連接銷；滾珠絲槓與推靠電機通過聯軸器連接，支撐調節結構外簡單元與連接筒通過內 六角螺釘連接，推靠彈簧兩端分別與推靠接頭、滑動推桿連接；限位滑塊前端有支撐臂的安 裝槽，後端有沉頭螺釘孔，用以安裝連接螺釘，將限位滑塊緊定在滑動推桿上，三個限位滑 塊夾角為120°，用以連接支撐臂以及限定滑動推桿的軸向移動；推靠彈簧為矩形彈簧，兩 端分別與推靠接頭和滑動推桿連接，起支撐和調節作用；支撐臂為長圓形杆，兩端分別與驅 動臂、限位滑塊連接，控制驅動臂的張開與閉合；支撐調節機構5的作用是通過控制推靠電 機帶動滾珠絲槓旋轉，推動絲槓螺母和頂杆軸向移動，進而推靠彈簧推動滑動推桿，將支撐 臂撐開，控制驅動臂的張開角；支撐調節機構5能調整三組驅動臂的張開和閉合，控制驅動 臂的張開角，提高牽引裝置的適應性，實現該牽引裝置的自扶正功能。
[0014] 與現有技術相比，本發明的有如下優點：
[0015] 1.由於目前絕大部分輪式牽引器採用雙輪驅動式，牽引力和穩定性有限；而本 發明的扭矩和動力通過斜齒輪傳動機構，即安裝在主動軸上的主動斜齒輪和三組夾角為 120°的從動斜齒輪傳動驅動輪旋轉，實現牽引裝置在井下三軸輪式自扶正穩定驅動；且 斜齒輪傳動嚙合性好、重合度大、傳動穩定，能提高牽引裝置在井下驅動的穩定性和承載能 力、適應井眼內的複雜情況。
[0016] 2.牽引裝置在井下實現自扶正驅動的同時，可以通過兩組串聯的形式實現井下雙 驅雙控，能提高牽引裝置在井下驅動的穩定性和越障能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1為自扶正式井下牽引裝置的主視示意圖；
[0018] 圖2為自扶正式井下牽引裝置的左視示意圖；
[0019] 圖3為自扶正式井下牽引裝置沿圖2中A-A的剖視示意圖；
[0020] 圖4為自扶正式井下牽引裝置沿圖3中B-B的剖視示意圖。
[0021] 圖中：1主動單元，2斜齒輪傳動機構，3鏈輪傳動機構，4驅動單元，5支撐調節機 構；101驅動電機密封腔，102驅動電機，103主動軸，104主動軸支撐軸承；201主動斜齒 輪，202從動斜齒輪，203齒輪支撐軸；301主傳動鏈輪，302從動鏈輪，303滾柱鏈條；401 驅動臂，402驅動輪，403驅動輪支撐軸；501支撐調節結構外筒單元，502推靠電極，503聯 軸器，504滾珠絲槓，505滾珠絲槓螺母，506頂杆，507推靠接頭，508推靠彈簧，509連接 筒，510滑動推桿，511限位滑塊，512連接螺釘，513滑塊連接銷，504支撐臂，515連接銷。
【具體實施方式】
[0022] 以下結合附圖，說明本發明提出的【具體實施方式】、結構、特徵及其功效，詳細說明 如下：
[0023] 如圖1所示，自扶正式井下牽引裝置為細長結構，依次包括主動單元1、斜齒輪傳 動機構2、鏈輪傳動機構3、驅動單元4、支撐調節機構5。
[0024] 如圖1、圖3所示，主動單元1包括驅動電機密封腔101、驅動電機102、主動軸103、 主動軸支撐軸承104 ;驅動電機密封腔101為圓筒形，內部有驅動電機102的安裝空腔，通 過螺栓與連接筒509連接；主動軸103為細長圓軸，分別與驅動電機102、主動斜齒輪201 連接，主要是將驅動電機102輸出的扭矩和動力傳送給斜齒輪傳動機構2,主動軸支撐軸 承104由一組角接觸球軸承組成，起支撐和穩定主動軸103的作用，兩軸承以背靠式裝配， 安裝在軸承座環內；主動單元1是該發明的驅動動力源，可根據地面的指令，控制電極的轉 速，轉動方向等實現該牽引裝置的前進、後退和停止。
[0025] 如圖2、圖3所示，斜齒輪傳動機構2包括主動斜齒輪201、從動斜齒輪202、齒輪支 撐軸203 ;主動斜齒輪201安裝在主動軸103上，隨主動軸旋轉並傳動三組夾角為120°的 從動斜齒輪202,三組從動斜齒輪202分別與主傳動鏈輪301連接，並通過齒輪支撐軸203 定位在連接筒509上；斜齒輪傳動機構2起傳動、動力換向的作用，是實現該發明在井下三 軸輪式自扶正穩定驅動的關鍵機構。
[0026] 如圖2、圖3所示，鏈輪傳動機構3包括主傳動鏈輪301、從動鏈輪302、滾柱鏈條 303 ;三組主傳動鏈輪301分別與從動斜齒輪202連接，裝配齒輪支撐軸203上，從動鏈輪 302與驅動輪402連接；主傳動鏈輪301將動力通過滾柱鏈條303傳遞給從動鏈輪302,驅 使驅動輪502旋轉，鏈輪傳動機構3同樣起傳動、動力換向的作用。
[0027] 如圖2、圖3所示，驅動單元4包括驅動臂401、驅動輪402、驅動輪支撐軸403 ;驅 動臂401 -端與齒輪支撐軸203連接，另一端通過連接銷515與支撐臂514連接；驅動輪 402中心有圓孔，外圈有齒的圓形滾輪，與從動鏈輪302連接，通過驅動輪支撐軸403安裝在 驅動臂401上；如圖1、圖2所示，三組驅動單元4的夾角為120°，是該井下牽引裝置的直 接驅動元件，其驅動形式為：主動軸一主動斜齒輪一從動斜齒輪一主動鏈輪一從動鏈輪一 驅動輪，並且通過支撐調節結構5控制驅動單元4的張開與閉合。
[0028] 如圖3、圖4所示，支撐調節機構5包括支撐調節結構外筒單元501、推靠電極502、 聯軸器503、滾珠絲槓504、絲槓螺母505、頂杆506、推靠接頭507、推靠彈簧508、連接筒 509、滑動推桿510、限位滑塊511、連接螺釘512、滑塊連接銷513、支撐臂514、連接銷515 ; 滾珠絲槓504與推靠電機502通過聯軸器503連接，支撐調節結構外筒單元501與連接筒 509通過內六角螺釘連接，推靠彈簧508兩端分別與推靠接頭507、滑動推桿510連接；限位 滑塊511前端有支撐臂514的安裝槽，後端有沉頭螺釘孔，用以安裝連接螺釘512,將限位 滑塊511緊定在滑動推桿510上，三個限位滑塊511夾角為120°，主要是用以連接支撐臂 514以及限定滑動推桿510的軸向移動；支撐臂514為長圓形杆，兩端分別與驅動臂401、限 位滑塊511連接，控制驅動臂401的張開與閉合；支撐調節機構5的作用是通過控制推靠電 機502帶動滾珠絲槓504旋轉，推動絲槓螺母505和頂杆506軸向移動，進而推靠彈簧508 推動滑動推桿510,將支撐臂514撐開，控制驅動臂401的張開角；支撐調節機構5能調整 三組驅動臂的張開和閉合，控制驅動臂的張開角，提高牽引裝置的適應性，實現該牽引裝置 的自扶正功能。
[0029] 本發明的自扶正式井下牽引裝置的工作過程如下：
[0030] 1.初始狀態：驅動臂401處於閉合狀態，在垂直井段牽引裝置靠自重下入井內。
[0031] 2.工作狀態：主動單元1提供牽引裝置的驅動動力，通過控制驅動電機102工作， 並通過主動軸103將動力和扭矩傳送給斜齒輪傳動機構2和鏈輪傳動機構3,帶動驅動輪 402旋轉；即：驅動電機一主動軸一主動斜齒輪一從動斜齒輪一主動鏈輪一從動鏈輪一驅 動輪；支撐調節機構5控制驅動臂402的張開和閉合，給驅動單元4提供一定的推靠力，實 現牽引裝置的驅動；通過控制推靠電機502工作，帶動滾珠絲槓504旋轉，使絲槓螺母505 和頂杆506做軸向移動，推動推靠接頭507、推靠彈簧508、滑動推桿510軸向移動使支撐臂 514撐開驅動臂402 ;S卩：推靠電機一滾珠絲槓一絲槓螺母一頂杆一推靠接頭一推靠彈簧一 滑動推桿一支撐臂一驅動臂。
【權利要求】
1. 一種自扶正式井下牽引裝置，其特徵在於：包括主動單元、斜齒輪傳動機構、鏈輪傳 動機構、驅動單元、支撐調節機構。
2. 根據權利要求1所述的自扶正式井下牽引裝置，其特徵在於：所述的主動單元包括 驅動電機密封腔、驅動電機、主動軸、主動軸支撐軸承；驅動電機密封腔內部有驅動電機的 安裝空腔，通過螺栓與連接筒連接；主動軸分別與驅動電機、主動斜齒輪連接，將主動單元 輸出的動力和扭矩傳送給斜齒輪傳動機構，主動軸支撐軸承由一組角接觸球軸承組成，主 要起支撐和穩定主動軸的作用；主動單元是該發明的驅動動力源，可根據地面的指令，控制 電極的轉速，轉動方向等實現該牽引裝置的前進、後退和停止。
3. 根據權利要求1所述的自扶正式井下牽引裝置，其特徵在於：所述的斜齒輪傳動機 構包括主動斜齒輪、從動斜齒輪、齒輪支撐軸；主動斜齒輪安裝在主動軸上，並傳動三個夾 角為120°的從動斜齒輪，將動力和扭矩合理的分配給三個從動斜齒輪，三個從動斜齒輪分 別通過齒輪支撐軸定位在連接筒上；斜齒輪傳動機構起傳動、動力換向以及扶正牽引裝置 的作用。
4. 根據權利要求1所述的自扶正式井下牽引裝置，其特徵在於：所述的鏈輪傳動機構 包括主傳動鏈輪、從動鏈輪、滾柱鏈條；主傳動鏈輪裝配齒輪支撐軸上，並與從動斜齒輪連 接，從動鏈輪與驅動輪連接；主傳動鏈輪將動力通過滾柱鏈條傳遞給從動鏈輪，驅使驅動輪 旋轉。
5. 根據權利要求1所述的自扶正式井下牽引裝置，其特徵在於：所述的驅動單元包括 驅動臂、驅動輪、驅動輪支撐軸；驅動臂一端與齒輪支撐軸連接，另一端通過連接銷與支撐 臂連接；驅動輪通過驅動輪支撐軸安裝在驅動臂上；三組驅動單元的夾角為120°，是該井 下牽引裝置的直接驅動元件，其驅動形式為：主動軸一主動斜齒輪一從動斜齒輪一主動鏈 輪一從動鏈輪一驅動輪，並且通過支撐調節結構控制驅動單元的張開與閉合。
6. 根據權利要求1所述的自扶正式井下牽引裝置，其特徵在於：所述的支撐調節機構 通過控制推靠電機帶動滾珠絲槓旋轉，推動絲槓螺母和頂杆軸向移動，進而通過推靠彈簧 推動滑動推桿，將支撐臂撐開；支撐調節機構能調整驅動臂的張開和閉合，控制驅動臂的張 開角，提高牽引裝置的適應性。
7. 根據權利要求1所述的自扶正式井下牽引裝置，其特徵在於：該牽引裝置在井下實 現自扶正驅動的同時，可以通過兩組串聯的形式實現井下雙驅雙控，能提高牽引裝置在井 下驅動的穩定性和越障能力。
【文檔編號】E21B23/00GK104060960SQ201410286969
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】高德利, 張勇, 陳亮帆, 趙寧, 劉奎 申請人:中國石油大學(北京)